| 标题 | 云计算及其关键技术研究 |
| 范文 | 高崇 摘 ?要：互联网技术的迅猛发展和应用导致电子信息出现爆炸性增长，如何有效存储和管理海量电子信息是现代IT行业面临的一大挑战。云计算的出现为计算机企业和互联网企业的发展带来了新的机会和挑战。本文介绍了云计算的概念、特点及其关键技术，为今后的相关研究奠定了坚实的理论基础。 关键词：云计算;服务模式;关键技术 1 ?云计算的概念和特点 随着互联网技术的迅猛发展与应用，每时每刻都在互联网上产生大量的数据，由此导致了大数据产生，大数据通常是指是指难以依靠常用的软件工具在可容忍时间内抓取、管理以及处理的海量规模的数据集。这些大规模数据集主要有三个来源：企业内部经营、物联网信息、社交网站等。大数据共同的特征是存在大量非结构化数据，数据形式多样且相互异构，数据价值密度小，数据中充满大量的不相关信息，对数据的处理速度实时性要求高。大数据中隐藏着重要的商业价值，分析处理大数据可发挥重要作用，比如可以用这些数据做企业管理分析、运营分析、网络管理维护优化等。大数据分析需要强大的计算方式来处理这些数据，目前流行的云计算技术可以胜任此分析任务。 云计算是现在IT界的一场产业革命，关于云计算的技术也在如火如荼的研究与应用，为计算机企业和互联网企业的发展带来了新的机会和挑战。云计算是并行计算、分布式计算、网格计算、虚拟化、效用计算的发展。云计算是一种可以通过互联网访问可定制的IT资源池，这种计算方式采用按需使用，按量付费的模式，其中IT资源包括计算能力、网络、服务器、存储、应用、服务等。根据云计算的使用范围可以分为公有云、私有云和混合云。云计算网络为中心，以服务为提供方式，它把资源池化和透明化，具有以下特点： （1）虚拟化。通过虚拟化技术向用户屏蔽了接口层次以下的实现细节对外提供统一的接口，允许底层同一个设备上运行不同的操作系统。 （2）高可伸缩性。由于应用规模和用户数量需求小不一，云计算中的数据节点的规模可以按照实际情况进行大小伸缩。 （3）按需使用。云提供一种资源池一样的服务，用户可以按照实际需求从资源池中获取资源，而这种资源的收费按照使用量收费，例如按照带宽、流量等收费。 （4）高可靠性。云计算中的数据采取冗余策略，就是使用同构的节点保持数据的多个副本，只要一个节点宕机马上会有另外的节点代替工作。 （5）成本廉价。资源池化的云计算可以选择成本低廉的节点组成，自动管理化大幅降低了管理成本。关于庞大的集群能耗问题，可以把集群部署在电力资源丰盛地方，通过高速光纤互联向用户提供服务。 2 ?云计算技术发展现状 （1）谷歌云计算 谷歌的云计算技术有四大核心，GFS、MapReduce、BigTable、数据中心优化。GFS是谷歌的一个分布式文件系统，任何的文件和数据都会使用到这个系统。在GFS的基础上，谷歌又提出了处理大规模数据集的并行运算框架MapReduce，把数据的处理分为Map化简和映射两个阶段，简化了程序员的编程工作提高了效率。谷歌的各种各样的应用中产生了大量的半结构化和非结构化的数据，为了存储这些数据开发出了分布式数据库BigTable。BigTable中有行和列的概念，每一个数据都有一个时间索引。大型数据中心集中存放着很多服务器，服务器一般要求运行在2l摄氏度，这样空调等辅助的降温设施能耗及比较大，谷歌通过数据中心高温化达到了27摄氏度降低了周围设施能耗即经济又安全。 （2）亚马逊云计算 亚马逊是最早就推出云计算服务的企业，它的云计算服务简称为AWS（Amazon Web Service）。AWS的服务理念是用户自己所需要的lT资源，包括存储、计算能力等可以不存在自己公司数据库里面，资源可以存储在第三方服务公司，当需要的时候通过互联网取得，没有固定的投资成本。AWS服务包括：弹性云计算、简单存储服务、简单数据库服务和简单排列服务等。弹性云计算提供可定制化的云计算能力，简化开发者开发W.eb伸缩性，用户可全面掌握自身的计算模式。简单云存储服务可以让用户在云计算环境中享受不受限制的存储乐趣。 （3）云操作系统 云操作系统是云计算的技术的整合和集成，是一个新型软件类别，旨在把大规模的硬件基础设施作为一个灵活的、动态的、无缝的环境进行管理。比较著名的是VMware云操作系统，主要分为基础架构服务和应用程序服务。基础架构服务对服务器、存储设备和网络资源进行虚拟化，聚合这些资源，并基于业务优先级将它们按需分配给应用程序。应用程序服务为运行于云操作系统上的所有应用程序提供内置的服务级别控制，而不管应用程序类型或操作系统。 3 ?云计算的应用 （1）云存储 云存储技术在一定程度上延伸了云计算技术，云存储其实是一个以数据管理和存储为核心的云计算平台，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，依靠软件将分布在不同位置不同种类的存储介质有效结合起来组成一个更大的存储介质，对外界提供透明一致的存储和业务访问接口。云存储相当于云计算系统里面部署了大量的存储设备的系统。业界比较典型的云存储产品有谷歌的Google Driver，它允许用户存储文档、图片、以及其他的文件，并且支持相当复杂的图像搜索引擎技术，可以对存储的文件进行快速的存取。亚马逊的Amazon Glacier云存储服务通过Glacier让中小型的公司从使用传统备份方法转换到使用新型的云存储方法，将数字档案搬运并存储到网上，帮助处理琐碎的任务。Dropbox是一个同步本地文件的在线网络存储应用，用户通过客户端把任意文件丢入指定文件夹，然后就会被同步到云和其他装有Dropbox客户端的其他计算机中。国内的云存储服务主要有网盘、金山快盘、百度网盘等。 （2）云安全 云安全也是对云计算演变和发展。云安全的使用者越多，每个使用者就越安全，因为如此庞大的用户群，足以覆盖互联网的每个角落，只要某个网站被挂马或某个新木马病毒出现，就会立刻被截获。云安全通过网状的大量客户端对网络中软件异常行为实时监测，一旦发现木马、恶意程序的最新信息，马上推送到服务器端进行自动分析和处理，最后把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端进行杀毒处理。目前国内360安全卫士、QQ管家就提供云安全服务。 （3）云会议 云会议是基于云计算技术的一种高效、便捷、低成本的会议形式。使用者只需要通过互联网界面，进行简单易用的操作，便可快速高效地与全球各地团队及客户同步分享语音、数据文件及视频，而会议中数据的传输、处理等复杂技术由云会议服务商帮助使用者进行操作。目前国内云会议主要集中在以SaaS（软件即服务）模式为主体的服务内容，包括电话、网络、视频等服务形式。 （4）云游戏 云游戏是以云计算为基础的游戏方式，在这种运行模式下用户设别不需要高端处理器和显卡只需要基本的视频解压能力即可，因为所有的游戏不需要再用户端的电脑上运行而是在游戏商家提供的服务器上运行，把渲染后的画面经压缩后通过互联网传送个客户。这只是对云计算的未来的初步构想，若成为现实，那么游戏厂商将变成网络运营商，他们不需要不断投入巨额的新主机研发费用，而只需要拿这笔钱中的很小一部分去升级自己的服务器就行了，对于用户来说，他们可以省下购买主机的开支，但是得到的确是顶尖的游戏画面云计算被看作是计算界的第三次革命，除了以上的云应用之外还有云社交、云教育、 4 ?云计算关键技术 （1）云计算结构体系 云计算技术体系结构是一种层次化的结构，主要分为四层：物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务的架构）构建层。物理资源层由具有计算能力的基础硬件和软件组成，包括计算机、存储器、网络设备、数据库和其他软件等。资源池层的功能主要是将大量相同的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池所做的更多的是物理资源的集成和管理工作，比如监控、散热、故障节点替换、降低能耗等问题。管理中间层负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地位应用提供服务。SOA构建层将云计算能力封装成标准的Web Service服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，这样使用不同语言的软件系统都可以通过统一的接口得到计算能力，包括服务接口、服务注册、服务查找、服务访问和服务工作流等。云计算层次架构中最关键部分是管理中间件层和资源池层。SOA构件层的功能更多依靠外部设施提供。管理中间件层主要负责资源管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作。用户管理是实现云计算的不可或缺的，包括提供用户交互接口、管理和识别用户身份、创建用户程序执行环境、对用户的使用进行计费等。任务管理负责执行用户或应用提交的任务，包括完成用户任务映像的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命周期管理等。资源管理负责均衡地使用资源节点，检测节点的故障并试图恢复或屏蔽它们，并对资源的使用情况进行监视统计：安全管理保障云计算设施的整体安全，包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等。 （2）虚拟化技术 云计算技术是由许多计算机技术组成的，其中一个核心技术是虚拟化。虚拟化是资源的逻辑表示，计算机软件在虚拟的环境里而非真实的环境里运行，不受物理限制的约束。虚拟化技术将计算机物理资源如处理器、服务器、网络、内存及存储等进行抽象、转换后呈现出来，用户使用的时候只需要从一个整体上按需分配资源。虚拟化将操作系统和具体的物理硬件分开，允许具有不同操作系统的虚拟机运行在同一个物理设备上，这些虚拟化的操作系统使用虚拟化的硬件（如CPU、内存、磁盘）而非具体硬件，这些操作系统可以互不影响的分别工作。采用逻辑分区技术把单一的CPU、内存和I/O资源逻辑上分开，实现在一台物理计算机上创建多个逻辑计算机。实际上架设方式不同、地域位置不一和物理状态各异的资源，虚拟化后呈现出一个逻辑整体，或者单一的硬件设备进过虚拟化后会呈现出逻辑的不同的硬件设备。 虚拟化存在三层含义：各种各样的资源都是可以虚拟化的对象，如CPU、内存、磁盘等;虚拟化提供向用户透明的服务，经虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节，用户不必关心虚拟了什么对象只需配置环境即可;用户可以在虚拟环境中实现在真实环境中一样的部分或者全部功能。根据被虚拟的资源的类型不同虚拟化可以分为：存储虚拟化、内存虚拟化、软件虚拟化、网络虚拟化、数据虚拟化、桌面虚拟化、服务虚拟化等。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和储存资料等，可见虚拟化为云计算的资源池层的实现提供了技术支持。虚拟化技术有种实现方式：一是，先把虚拟软件安装在操作系上，然后再在虚拟软件基础上安装系统形成虚拟机，最后在虚拟机系统上部署应用。二是现在的许多硬件己经做了对虚拟化的支持，可以把虚拟软件直接安装在硬件上，而后再装上几个虚拟机即可。 （3）海量数据存储与处理技术 数据是云计算处理的对象，云计算一般采用分布式和冗余存储的方式来存储数据数据的可靠性和可用性，此外为了满足大量用户的需求，数据存储技术必须保证高吞吐率和高传输率的。云计算技术通过互联网整合不同的物理计算设备对外提供统一的服务，为了高效利用计算资源，那么必须具有在不同物理计算设备进行并行计算的能力。目前最流行的并行计算模型都是Map.Reduce模型，数据在Map阶段进行分块，分块后的数据被分到不同的节点上处理，在Reduce阶段指定某种规则对在Map阶段数据处理后的结果进行合并和归约。程序员只需要指定Map和Reduce函数，不需要用户关心多节点上运行的任务如何将数据分片、分配和调度。 （4）资源管理和调度技术 云计算的节点规模庞大，一个集群可能跨越许多地区有大量的机器，管理这些庞大的节点提供不问断服务将是一种挑战。云计算系统需要一种技术来协调服务器共同工作、快速发现和恢复故障等，而资源管理技术通过自动化、智能化等手段运营云计算平台。并行式的环境里面需要实时保证节点数据状态同步，可以通过锁机制卸掉多任务的调度保证数据的一致性，当节点出现故障时还需要数据迁移技术和节点恢复技术。 5 ?总结 云计算是现在IT界的一场产业革命，关于云计算的技术也在如火如荼的研究与应用，为计算机企业和互联网企业的发展带来了新的机会和挑战。本文介绍了云计算的概念、应用及其关键技术，为今后的相关研究奠定了理论基础，具有良好的应用价值和研究前景。 参考文献： [1]陈香香.云计算中MapReduce性能优化及应用[D].重庆大学，2011（5）. [2]周立峰.网格计算与云计算[J].记录媒体技术，2010（5）. [3]王胜川.基于云计算的存储技术研究[J].石油工业计算机应用，2011（6）. |
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